CN105281992A - 一种电力线控制家居用户设备网络的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于解决现有所存在的问题，本发明的目的在于解决现有所存在的问题，设计一种电力线控制家居用户设备网络的方法及系统，家居用户电器设备无需识别网络结构的情况下实现自动组网，包括如下步骤：在室内网络总线上设置多个自由节点，自由节点为具有数据收发功能的室内用户电器设备；自由节点对其他自由节点发送“注册”请求，如果有一个自由节点接收此“注册”请求，则接收“注册”请求的自由节点设为基础节点，发送“注册”请求的自由节点设为服务节点，基础节点返回给服务节点一个请求应答，并向该服务节点分配一个唯一码址。通有益技术效果：无需识别网络结构的情况下实现自动组网，自由节点可以通过服务节点与基础节点进行通信，降低连接信号的要求。

Description

一种电力线控制家居用户设备网络的方法及系统

技术领域

本发明属于智能家居领域，具体涉及一种通过电力线方式控制家居用户设备网络的方法及系统。

背景技术

在商业用户，特别是民用住宅中，智能控制方式已经越来越被广泛研究。尤其是随着用户日常使用的电器设备的不断智能化，有相应领域的技术已经涉及将这些用户智能电器进行整体控制或者使用其中的一种设备(例如用户计算机、移动电话等)来控制其他电器的使用状态、例如开关动作、温度、照明亮度等因素，属于目前被广泛提及的智能家居技术范畴。

目前最常见的是使用无线方式，例如ZIGBEE、或者更为普及的WLAN方式，但是控制方式较为单一，而一般技术中都需要使用控制器来对每一个受控电器进行控制，智能设备之间的组网方式较为单一，不能根据家居环境的变化进行适应性的调整。例如家居温度控制器或者家居光源，由于控制方式单一，即使使用了无线传感技术，也仍然无法实现有效的多个节点的控制，因此需要对家居智能电器设备所用网络进行重新改造。

发明内容

本发明的目的在于解决现有所存在的问题，设计一种电力线控制家居用户设备网络的方法及系统，家居用户电器设备无需识别网络结构的情况下实现自动组网。为了实现所述目的，本发明一种电力线控制家居用户设备网络的方法包括如下步骤：

在家居网络总线上设置多个自由节点，所述自由节点为具有数据收发功能的设备；至少一个自由节点在所述的家居网络总线上对其他自由节点发送至少一次“注册”请求，其中如果有一个自由节点接收此“注册”请求，则接收此“注册”请求的自由节点设为基础节点，发送此“注册”请求的自由节点设为服务节点，所述基础节点返回给服务节点一个请求应答，并向该服务节点分配一个唯一码址。

在本发明实施例的另一个方面，一部分家居用户电器设备在完成组网后，可自动根据网络结构和数据传递的优选通道来进行数据传输功能的扩展或“升级”，从而可保证数据传输的稳定性和有效性，例如一方面限定自由节点的数量，另一方面避免在“升级”步骤中与自由节点产生请求冲突。为了实现此目的，本发明控制家居用户设备网络的方法又包括了：剩余的自由节点向基础节点发送“注册”请求时，此“注册”请求通过服务节点传递给基础节点；基础节点返回给该服务节点一个新的应答指令，该服务节点接收此应答指令后生成广播信标给自由节点并获取其码址，该自由节点升级为一个新的服务节点，而初始服务节点作为初始基础节点的中继节点或者该初始基础节点的映射部。

进一步地，将作为中继节点的服务节点里的一个或多个“降级”至原先的服务节点并设置为“不导通”状态或者“导通”但不参与“注册”请求动作状态。可以避免“注册”请求的信号冲突。

在一个较佳例子里，当所述的中继节点与服务节点或与终端节点之间数据收发存在故障时，向初始基础节点发出至少一次连接请求，若此连接请求被其他基础节点接收，则此基础节点被设为“正常导通”状态。作为本发明的另一个效果，基础节点的设置方式可以是择一连接，即当前基础节点判断出服务节点或终端节点在通讯上出现断点后，其他的基础节点可根据信号强度或距离的关系来接续这次连接，也就是说，另一个基础节点来重新控制这次通讯连接，而原本监控这次出现断点的通讯连接的基础节点则仅作为电力导通的电气设备。

进一步地，若新的基础节点建立这次断点后的重新连接后，可再次判断是否将出现断点的中继节点“降级”至一般服务节点。

本发明表述中出现的类似“注册”、“升/降级”等技术特征或要素是一种特定的表述，因此用引号加以区别表示，且不同于常规的计算机系统中的设备注册、升级程序，例如其“注册”动作并非是常规认为的向一个上位机发送请求信令，而是与注册动作类似的寻找基础节点的动作。“注册”是使用自由节点之间的(例如)握手电路来实现通讯协议上的相互重合和兼容，同时以电力线方式实现载波数据连通。

而在另一个较佳例子里，“升级”则表示作为最小系统下的扩展，所述最小系统是一个电器设备本身所应具备的最基本功能，在现有技术中，例如空调机、电视机等电器设备已经具备了数据处理和收发功能，所不同的是，它们可通过增设模块或数据写入的方式增加其扩展功能。因此，在本发明实施例中，智能家居电器可进行数据收发和计算，若它具备基础节点判断的数据处理能力，则它可作为一个服务节点或数据中继器。

而在出现信号收发故障的情况下，基础节点会判断是否仍然保持该服务节点的最小系统状态，例如功耗、收据传输能力(例如某些电器仅具备红外发射功能)而将其回复至最小系统状态，即本文所述的“降级”。

本发明另一方面提供一种电力线控制家居用户设备网络的系统，包括了设于上述家居总线网络上的多个自由节点，所述自由节点是具有数据收发功能的家居用户电器设备，其中所述自由节点包含了：服务节点，被配置为在所述的家居网络总线上对其他自由节点主动发送至少一次“注册”请求；以及基础节点，被配置为接收此“注册”请求，其中所述基础节点返回给上述服务节点一个请求应答，并向该服务节点分配一个唯一码址。

“导通”和“不导通”是指区别于组网方式的连接方式，这种方式可以是普通的电气连接，或红外光连接，或类似连接方式，例如，“导通”仅作为信号取样的连接方式，而信号本身不传输或承载数字信号。

通过实施本发明可以取得以下有益技术效果：采用普通电力线方式承载通讯数据，不改变室内家居的布线结构；无需识别网络结构的情况下实现自动组网，自由节点可以通过服务节点与基础节点进行通信，降低连接信号的要求。

附图说明

图1为本发明实施例的具体实现过程示意图一；

图2为本发明实施例的具体实现过程示意图二。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

在本发明控制家居用户设备网络的方法实施例中，首先在例如低压电力线承载(PLC)、数字有线调光(DLT)或X10等家居网络总线上定义多个自由节点(AN)，自由节点AN可以是任何具有数据收发功能的电器设备，例如PC机，个人移动设备(手机、平板电脑、智能移动开关)、智能电视机等。

如图1所示，一个自由节点AN在低压总线上对其他自由节点AN发送“注册”请求REG_REQ。如果有一个自由节点AN接收“注册”请求，则该接收“注册”请求的自由节点作为一个基础节点(BN)，而发送“注册”请求的自由节点AN作为服务节点(SN)，基础节点BN返回给服务节点SN一个请求应答REG_RES，然后向这个服务节点SN分配一个唯一码址，优选的，所述码址为IP地址、MAC地址或设备名。

在一个实施例中，考虑到在实际情况下服务节点BN不能够保证其信号质量和电力支持上能够全天候向所有服务节点SN收发数据，因此需要将一部分已经成为服务节点SN的自由节点AN升级为新的SN或其映射。因此，通过自由节点AN向已成为基础节点BN的自由节点AN再主动发送一次“注册”请求REG_REQ，通过已经成为服务节点SN的这些自由节点AN中的至少一个电器设备传递给基础节点BN，随后基础节点BN会返回给这个服务节点SN一个新的应答指令REG_RES，从而使此服务节点SN生成广播信标给这/这些自由节点AN，获取其MAC地址；随后，这/这些自由节点AN升级为新的服务节点SN，而原先服务节点SN中的至少一部分将作为原始基础节点BN的中继节点(TN)或者其映射部。

实例1：电力线载波控制(PLC)总线方式

本发明实施例摒弃了使用RS485总线或一般R类总线方式，即必须使用主从设备进行通讯，在常规PLC总线上规定一种协议机制：室内的家居电器设备，例如便携式PC机、电视机或智能冰箱、空调机等电器设备均作为自由节点AN，用户可以启动其中某一个电器设备，例如电视机，可通过电视机本身交互界面来发送一次“注册”请求，以建立一个局域数据网络。如果在室内一个空间内出现了响应此请求REG_REQ的设备，例如便携式PC机，则此时PC机将作为基础节点BN。

例如，为了实现智能电视与PC机之间的有效连接，可分别设置握手电路或计算机程序，从而将两者之间的通讯功率设定在一个合适值，即通讯频率匹配后，建立有效连接。此时PC机作为这个局域数据网络内的唯一BN，而智能电视则作为服务节点SN。智能电视用于收集和获取这个网络内其他的自由节点AN的连接请求信息。在一个较佳例子中，自由节点AN主动向总线上发送“注册”请求。

应当注意的是，设定服务节点SN和基础节点BN时，基础节点BN和服务节点SN的个数应设置为一定比例，例如在家居家庭网络总线上电运行或者复位启动时，此网络下的所有自由节点AN均被设置为“不导通”状态，此时可允许多个自由节点AN同时发送“注册”请求REG_REQ，而接收此“注册”请求REG_REQ命令的其他自由节点AN的数量则受到限制，即接收“注册”信息的自由节点AN与发送“注册”信息的自由节点AN的数量比为M。

本方法能够使得多个有数据收发能力的电器设备都能够参与到组网环境中，优选的，发送“注册”信息的自由节点AN对接收“注册”信息的自由节点AN的选择是以通讯强度最强或者节点间距离最近的方式来选择，发送“注册”请求的自由节点与接收“注册”请求的基础节点是通过通讯强度最强或者节点间距离最近的方式被选择，唯一码址的选择可以是MAC地址或者电器设备的设备名。

以上动作都成功完成后，基础节点BN被设定为固定，而服务节点SN可以是活动的节点，即基础节点BN是不能变动或者被替代的，而服务节点SN是可随意选择的。

“数据报文”的格式是由帧头header，信息体body以及填充位组成，一般情况下，设计偶字节填充，当帧长度为奇数时，服务节点SN自动填充一个额外字节，例如0X00；同时，应当在每次发送数据报文前，先由服务节点SN或任一自由节点AN向基础节点BN发送一个识别性短传送报文，以识别当前电器设备是作为自由节点AN或服务节点SN。

数据报文的内容组成：

优选的，低压PLC网络是采用OFDM调制方式，例如通用窄带OFDM，基于PLC物理层和MAC层实现(即MAC/PHY层级别，可基于IPv4或未来可能使用的IPv6等通讯协议，工作频率介于47.36～96.72KHz，波特率为9600)。

上述的自由节点AN中，还包含一部分终端节点(23,23’)，这些终端节点可以是无法成为前述SN/BN的这些节点，或者是处于本网络2外的其他自由节点AN，例如某些不具备计算能力的电器设备，开关等；或者，这些终端节点是多个自由节点AN里除过被选择作为服务节点SN以外的其他节点，这些节点将不作为服务节点SN来使用，以确保不与之前所描述的，一方面限定自由节点AN的数量，另一方面避免在“升级”步骤中与其他自由节点AN产生请求冲突。

作为这种例子的改进措施，为了避免“注册”请求的信号冲突，已经作为中继节点TN的服务节点SN里的一个或多个将会被“降级”至原先的服务节点SN并设置为例如“不导通”状态或者“导通”但不参与“注册”请求动作，考虑到数据发送在时序上的不同，为了减少信号发生冲突的可能性，应将基础节点BN设置成根据时序来判断，例如“升级”步骤里可能出现的请求重复接收或同时接收的情形发生，因为在发送数据包时，节点之间并不会自动检测该通讯信道上是否存在数据收发冲突。

作为“降级”方式的另一种情况是，某些中继节点TN在与服务节点SN或终端节点之间数据收发存在故障时，将向原始基础节点BN发出至少一次连接请求ATTACH_REQ，若此ATTACH_REQ被其他基础节点BN接收到以后，此基础节点BN可以设置为“正常导通”状态。

如图2所示的，PLC网络设备1可作为一个主干网络，而PLC网络2可作为其子网络，网络1和2类型可不同，因为电器设备无需得知当前网络状态和构成。网络系统2主要是由多个自由节点AN组成，AN是用户家居的具有数据收发功能的多种电器设备，而AN又分为BN节点21和SN节点24，或者AN节点25，其中BN节点21一旦生成即成为固定收发设备。作为这种网络的改进，根据前述的原理，将“注册”请求REG_REQ作为“识别性短传送报文”，这种改进能够克服：

1、如果网络1协议和子网络2，或者子网络2和终端节点23’所处网络协议无法并存，则由于协议架构不同而不能相互主动识别彼此的数据传递，或者会出现为了相互避免网络冲突而不进行识别，这种情况涉及到每一网络使用各自独立数字识别符(例如数字签名或序列号)来指示相同信道是否处于“空闲”或“占用”状态，一种实施例是采用TOKEN码这种加密帧结构，根据TOKEN码的特性来识别网络上已经“注册”的电器设备是否处于“占用”状态；

2、网络1和网络2、终端节点23’所处网络之间的信号发射功率可能不同，例如前述是使用低压PLC载波方式，而在一些特定设备上需要使用较高的中压载波，但是这种问题还需要设计发射器的线圈匝数来避免。

为此，在发送数据报文之前，将识别性短传送报文增加至不同网络BN节点所在电器设备下，例如重新添加MTP部分内容，修改后的终端节点23’所在电器设备可融合于网络2的报文传输。例如终端节点23’是采用300Khz采样频率加以定义，那么可以将其修改为重新定义采样至网络2下的500KHz并以此时钟继续运行，PLC网络2中已注册的SN设备24将很容易地接收到来自节点23’的前置识别性短报文，从而识别CRC-header以进行解码，这样如果终端节点23’融合至网络2内，则节点24可接收其数据报文传输，并且可进行前述的“升级”/降级步骤。

实例2：数字有线调光(DLT)总线方式

DLT同样是一种基于电力线的总线协议方式，即同样适用电力线承载的对照明设备的调节通讯。一般而言，一个DLT系统中设计了控制装置CD(controldevice)、总线(interface)和控制器CG(controlgear)，控制装置通过总线方式来控制所述控制器以进行调光操作，同时控制器及其耦合的照明设备能够通过总线来获取电力，即这种方式又等同于常规的主/从设备(MASTER-SLAVE)逻辑。一般地，多个控制器及其照明设备之间采用串接方式。

根据本发明实施例，控制装置CD和控制器CG之间同样可使用前述自动“注册”请求的方式，所不同的是，对于灯的控制条件是有限的，例如亮度、色彩或色温。一般情况下，对于一个控制器及其灯，使用一个控制装置CD来调节。本发明实施例给出了扩展的控制方式。

例如，在本发明提供的控制家居用户设备网络系统里，系统包括多个位于低压总线网络上的具有数据收发功能的照明设备控制装置LECD(例如控制面板)，以及受其控制的灯和控制器(LCG)，该系统可以如下方式进行工作：

一个LECD装置在DLT总线上对其他LECD装置发送至少一次“注册”请求，其中如果有一个LECD设备接收此“注册”请求，则接收“注册”请求的该LECD设备被设为基础节点BN，发送“注册”请求的LECD设备设为服务节点SN，所述基础节点AN返回给服务节点SN一个请求应答，并向该服务节点SN分配一个唯一码址；

其余的LECD设备中至少一部分可再次向基础节点发送相同“注册”请求，此“注册”请求通过服务节点SN传递给基础节点BN；

所述基础节点BN返回给该服务节点SN一个新的应答指令，该服务节点接收此应答指令后生成广播信标给此自由节点并获取其码址，该自由节点可升级为一个新的服务节点，而原服务节点作为初始基础节点BN的中继节点TN或者其映射部。每一LECD设备具有1个与之匹配的LCG设备，通过上述方式，作为基础节点的LECD可控制多个作为服务节点的LECD设备。而且，作为一种突出效果，每一个LCG设备的调节方式可不相同，例如用户可以自己定义在一定空间范围内灯具的调节设置，某一些灯只需要调节亮度，而某一个灯只需调节色彩变化。

在一个实施例中，用户可设置组成这个局域数据网络的范围，例如一个室内空间中的灯需要按照上述逻辑来调节。其中，发送“注册”请求的LECD设备与接收“注册”请求的LECD设备是通过通讯强度最强或者节点间距离最近的方式被选择，例如发送“注册”请求的LECD设备与接收“注册”请求的基础节点BN是通过通讯强度最强或者节点间距离最近的方式被选择。

通过本实施例可以取得以下有益技术效果：无需识别网络结构的情况下实现自动组网，自由节点可以通过服务节点与基础节点进行通信，降低连接信号的要求。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (16)

1.一种电力线控制家居用户电器设备网络的方法，其特征在于包括步骤：

在家居网络总线上设置多个自由节点，其中所述自由节点是具有数据收发功能的设备；

至少一个自由节点在所述的家居网络总线上对其他自由节点发送至少一次“注册”请求，其中如果有一个自由节点接收此“注册”请求，则接收此“注册”请求的自由节点设为基础节点，发送此“注册”请求的自由节点设为服务节点，所述基础节点返回给服务节点一个请求应答，并向该服务节点分配一个唯一码址。

2.如权利要求1所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的方法，其特征在于,进一步包括：

剩余的自由节点向基础节点发送“注册”请求时，此“注册”请求通过服务节点传递给基础节点；

基础节点返回给该服务节点一个新的应答指令，该服务节点接收此应答指令后生成广播信标给此自由节点并获取其码址，该自由节点“升级”为一个新的服务节点，而初始服务节点作为初始基础节点的中继节点或者该初始基础节点的映射部。

3.如权利要求2所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的方法，其特征在于，将作为中继节点的服务节点里的一个或多个“降级”至原先的服务节点并设置为“不导通”状态，或者“导通”但不参与“注册”请求动作的状态。

4.如权利要求1所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的方法，其特征在于，所述自由节点中进一步包含终端节点，其中所述终端节点被设置为下述至少一种：

无法成为基础节点或服务节点的自由节点；

处于该家居用户电器设备网络外的其他自由节点；或者

多个自由节点里除被选择作为所述基础节点、服务节点以外的其他自由节点。

5.如前述权利要求之任一项所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的方法，其特征在于进一步包括，在上述任一服务节点或自由节点发送“注册”请求前，预先向所述基础节点发送识别性短传送报文，以识别当前家居用户电器设备是作为自由节点抑或是服务节点。

6.如权利要求5所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的方法，其特征在于，将所述“注册”请求作为识别性短传送报文。

7.如权利要求5或6所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的方法，其特征在于，在发送上述“注册”请求之前，将所述识别性短传送报文增加至不同网络内基础节点所在家居用户电器设备下。

8.如权利要求2或4所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的方法，其特征在于，当所述的中继节点与服务节点或与终端节点之间数据收发存在故障时，向原本与该中继节点连接的初始基础节点发出至少一次连接请求，若此连接请求被其他基础节点接收，则此基础节点被设为“正常导通”状态。

9.如权利要求1至4之任一项所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的方法，其特征在于，发送上述“注册”请求的自由节点与接收“注册”请求的自由节点是通过通讯强度最强或者节点间距离最近的方式被选择。

10.如权利要求1所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的方法，其特征在于，所述基础节点根据时序来判断是否重复接收所述的“注册”请求。

11.一种电力线控制家居用户电器设备网络的系统，其特征在于包括设于家居总线网络上的多个自由节点，所述自由节点是具有数据收发功能的家居用户电器设备，其中所述自由节点包含了：

服务节点，被配置为在所述的家居网络总线上对其他自由节点主动发送至少一次“注册”请求；以及

基础节点，被配置为接收此“注册”请求，其中所述基础节点返回给上述服务节点一个请求应答，并向该服务节点分配一个唯一码址。

12.如权利要求11所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的系统，其特征在于，所述自由节点又包含了终端节点，其中所述终端节点被设置为下述至少一种：

无法成为基础节点或服务节点的自由节点；

处于该家居用户电器设备网络外的其他自由节点；或者

多个自由节点里除被选择作为所述基础节点、服务节点以外的其他自由节点。

13.如权利要求11所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的系统，其特征在于，所述服务节点进一步被配置为：

接收来自剩余的自由节点的“注册”请求，向基础节点发送此“注册”请求；

接收来自基础节点返回的一个新的应答指令，生成广播信标给此自由节点并获取其码址，使该自由节点“升级”为一个新的服务节点；以及

作为初始基础节点的中继节点或者该初始基础节点的映射部。

14.如权利要求12或13所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的系统，其特征在于，所述基础节点进一步被配置为：

当所述的中继节点与服务节点或与终端节点之间数据收发存在故障时，接收来自原本连接的中继节点的连接请求，其中若此连接请求被其他基础节点接收，则设为“导通”状态。

15.如权利要求11至13之任一项所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的系统，其特征在于，所述基础节点或服务节点是具有数据计算功能的家居用户电器设备。

16.如权利要求11所述的一种电力线控制家居用户电器设备网络的系统，其特征在于，所述基础节点又包括根据时序来判断是否重复接收“注册”请求的装置。